吉林大学发动机原理讲义

1、1会计学吉林大学发动机原理讲义吉林大学发动机原理讲义第1页/共190页发动机原理发动机原理林学东林学东（教材）（教材）汽车拖拉机发动机汽车拖拉机发动机董敬董敬机械工业出版社机械工业出版社2001汽车构造汽车构造（上册）（上册）陈家瑞陈家瑞机械工业出版社机械工业出版社2001工程热力学工程热力学陈贵堂陈贵堂北京理工出版社北京理工出版社1998内燃机学内燃机学周龙保周龙保机械工业出版社机械工业出版社2004内燃机原理内燃机原理蒋德明蒋德明中国农业机械出版社中国农业机械出版社 1988内燃机原理内燃机原理刘永长刘永长华中理工出版社华中理工出版社1992第2页/共190页第3页/共190页第4页/共1

2、90页第5页/共190页第6页/共190页Benz W12 (20/Y)S195 (20W/Y)动力性动力性160kW10kW经济性经济性197g/kWh（30L/h）250g/kWh（3L/h)排放排放欧V(0.32kg/h) Nox，2g/kW.h（标定点）欧-5？(0.15kg/h)15g/kWh使用特性使用特性35W（价格）2.5K第7页/共190页第8页/共190页第9页/共190页第10页/共190页 T T- -S S 图中定容过程图中定容过程曲线的斜率：曲线的斜率：vCTdSdT；定压；定压过程过程曲线斜率曲线斜率：pCTdSdT；因为；因为CvCp 所以定所以定容曲线陡峭，而

3、定压过程曲线较平缓。容曲线陡峭，而定压过程曲线较平缓。 对于对于 P P- -V V 图等熵过程图等熵过程KKVVPPCPV)(2112 即；等等温过程温过程：CPV ，等温斜率小，等温斜率小 可能涉及到的热力学过程为：等熵、可能涉及到的热力学过程为：等熵、等温（燃烧温度控制：等温（燃烧温度控制：NOx、热负、热负荷）荷）、定容、定压定容、定压第11页/共190页第12页/共190页 第13页/共190页Wt第14页/共190页Q2 Q1Q1 Q2 1212111QQQQQQWtt第15页/共190页第16页/共190页第17页/共190页第18页/共190页理论循环热效率随绝热指数的理论循环

4、热效率随绝热指数的增加而提高。增加而提高。K取决于工质性质，对于双原取决于工质性质，对于双原子分子（空气）子分子（空气）K=1.4，多原，多原子气体子气体K=1.33，发动机的混，发动机的混和气和气K=1.321.4。柴油机热效率高的四个要素压柴油机热效率高的四个要素压缩比高、混和气绝热指数高、缩比高、混和气绝热指数高、泵气损失小、燃烧完全。泵气损失小、燃烧完全。第19页/共190页第20页/共190页第21页/共190页第22页/共190页第23页/共190页第24页/共190页第25页/共190页第26页/共190页第27页/共190页 作用：作用： （cz 线）将燃料的化学线）将燃料的化

5、学能转变能转变为热能，使工质的压力、温度升为热能，使工质的压力、温度升高。放出的热量越多，放热时越靠近上高。放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。止点，热效率越高。 要求：要求：燃烧完全、及时。燃烧完全、及时。 参数参数范围范围： P Pz z(MPa) T(MPa) Tz z (K)(K) 汽油机汽油机 3.06.5 22002800 柴油机柴油机 4.59.0 18002200 增压柴增压柴 9 9. .0 01414. .0 0 1 19009002 2100100 参数比较：参数比较： 柴油机柴油机大大 Pz 汽油机汽油机混合气热值高、燃烧温度高混合气热值高、燃烧温度高TzT

6、z 第28页/共190页第29页/共190页第30页/共190页第31页/共190页4;2SDVVWpssimidddVpWi3600第32页/共190页第33页/共190页第34页/共190页第35页/共190页第36页/共190页第37页/共190页第38页/共190页第39页/共190页第40页/共190页第41页/共190页第42页/共190页第43页/共190页第44页/共190页第45页/共190页第46页/共190页第47页/共190页e第48页/共190页第49页/共190页第50页/共190页第51页/共190页第52页/共190页第53页/共190页第54页/共190页第5

7、5页/共190页第56页/共190页第57页/共190页第58页/共190页第59页/共190页第60页/共190页第61页/共190页第62页/共190页vSssssinVniVm30602第63页/共190页第64页/共190页第65页/共190页进气终了气缸容积为Vs+Vc：ma=气缸工作容积为Vs：令：aVsVVcaa)(VsmssVaaV 第66页/共190页第67页/共190页第68页/共190页第69页/共190页进气终了压力随转速的变化（汽）nPa柴汽外第70页/共190页Pe第71页/共190页惯性效应（单一进气）波动效应（循环、缸间）第72页/共190页不同进气迟关角对应的

8、充气效率不同进气迟关角对应的充气效率实际发动机充气效率随转速变化实际发动机充气效率随转速变化n n第73页/共190页第74页/共190页v，而且使燃烧恶化。，而且使燃烧恶化。 汽油机低负荷运转时汽油机低负荷运转时（m1 ，mr 变化不大变化不大) 稀释可燃混合气稀释可燃混合气燃烧过程缓慢燃烧过程缓慢经济性和排放经济性和排放性能变差。性能变差。 111aassvpp第75页/共190页 ssavPP221第76页/共190页第77页/共190页第78页/共190页第79页/共190页第80页/共190页第81页/共190页第82页/共190页第83页/共190页第84页/共190页第85页/共

9、190页第86页/共190页第87页/共190页第88页/共190页第89页/共190页第90页/共190页第91页/共190页第92页/共190页第93页/共190页第94页/共190页第95页/共190页第96页/共190页第97页/共190页第98页/共190页第99页/共190页第100页/共190页第101页/共190页第102页/共190页第103页/共190页第104页/共190页 设设 1kg 燃料中燃料中 C、H、O 的质量分别为的质量分别为cg、hg、og；则；则；cg+hg+og=1kg 燃油中的燃油中的 C、H 完全完全燃烧，其化学反应方程式分别是燃烧，其化学反应方程式

10、分别是 CO2CO2 H2+21O2=H2O 1kmolC1kmol O2 1kmol H2 21kmol O2 12cgkmolC 122ogkmol O2 2Hg kmol H242ogkmol O2 则：则：1kg 燃料完全燃烧所需的氧气量为（燃料完全燃烧所需的氧气量为（12cg+4Hg-32Og）kmol /kg 空气中按体积计空气中按体积计 O2约占约占 21，N2约占约占 79；空气的分；空气的分子量为子量为 28.95。 需空气量需空气量21. 010L（12cg+4Hg-32Og）kmol /kg; 以千克表示的理论空气量：以千克表示的理论空气量： 028.950.21L （1

11、2cg+4Hg-32Og）kg /kg； 以体积表示的理论空气量为以体积表示的理论空气量为 21. 04 .22 L（12cg+4Hg-32Og）m3/kg； 第105页/共190页第106页/共190页第107页/共190页第108页/共190页第109页/共190页第110页/共190页第111页/共190页第112页/共190页第113页/共190页小紊流小紊流大紊流大紊流第114页/共190页第115页/共190页第116页/共190页第117页/共190页第118页/共190页第119页/共190页第120页/共190页第121页/共190页第122页/共190页第123页/共190

12、页第124页/共190页第125页/共190页第126页/共190页第127页/共190页第128页/共190页第129页/共190页第130页/共190页第131页/共190页第132页/共190页第133页/共190页第134页/共190页第135页/共190页第136页/共190页第137页/共190页第138页/共190页mint，min1， 第139页/共190页负负荷荷（负负荷荷增增加加T,P增增加加，充充气气效效率率升升高高，残残余余废废气气系系数数下下降降） 当负荷混合气数量 混合气稀释程度起火界限更窄， 火焰速度燃烧恶化。 当负荷气缸的（温度+压力）爆燃的倾向。 第140页/

13、共190页第141页/共190页第142页/共190页理想化油器特性a1负荷（Ttq，Pe，pme)第143页/共190页空气系统空气系统计量并控制燃烧所必要的空气量。燃料系统燃料系统由电动汽油泵向各缸喷嘴及起动喷嘴压送具有一定压力的燃油。控制系统控制系统根据工况（根据信号判断）决定合适的喷射时间（开启时刻及时长）。第144页/共190页第145页/共190页第146页/共190页第147页/共190页第148页/共190页第149页/共190页第150页/共190页第151页/共190页第152页/共190页第153页/共190页 BCBCPP第154页/共190页第155页/共190页第1

14、56页/共190页第157页/共190页 dQB/d 放热率 总放热量 QB b a 典型高速柴油机燃烧过程放热率（累积放热量） 第阶段AB为予混合燃烧阶段，放热率一般都很高，历时37CA，与速燃期相对应。 第阶段BC为扩散燃烧阶段，放热率逐渐下降，历时约为40CA，-阶段的放热率约为80%。 第阶段CD为放热的尾巴，可能延至整个膨涨过程放热量约占20%。 大量研究表明，开始燃烧时刻，放热规律曲线形状和燃烧持续时间是放热规律三要素，燃烧始点最佳是使Pmax出现在上止点后78CA，燃烧持续时间最佳为40CA（25-30CA）。第158页/共190页第159页/共190页第160页/共190页第1

15、61页/共190页第162页/共190页第163页/共190页第164页/共190页第165页/共190页第166页/共190页第167页/共190页LL，LL1 第168页/共190页第169页/共190页第170页/共190页第171页/共190页第172页/共190页第173页/共190页65. 04 . 0Ddk；Ddk 85. 075. 0CKVVCKVV 第174页/共190页第175页/共190页第176页/共190页第177页/共190页第178页/共190页第179页/共190页第180页/共190页第181页/共190页三、转速的影响 散热损失与漏气损失减小，以时间计的i；

16、 n 喷油压力改善燃油的雾化，但以曲轴转角计i。 vbg燃烧占曲轴转角加大i。 n涡流弱喷油压力低，雾化混合不好，漏气损失和散热损失i。 第182页/共190页第183页/共190页发动机原理发动机原理林学东林学东（教材）（教材）汽车拖拉机发动机汽车拖拉机发动机董敬董敬机械工业出版社机械工业出版社2001汽车构造汽车构造（上册）（上册）陈家瑞陈家瑞机械工业出版社机械工业出版社2001工程热力学工程热力学陈贵堂陈贵堂北京理工出版社北京理工出版社1998内燃机学内燃机学周龙保周龙保机械工业出版社机械工业出版社2004内燃机原理内燃机原理蒋德明蒋德明中国农业机械出版社中国农业机械出版社 1988内燃机原理内燃机原理刘永长刘永长华中理工出版社华中理工出版社1992第184页/共190页理论循环热效率随绝热指